毕业设计（论文）拖拉机变速箱设计

陕西理工学院毕业设计论文引言小四轮拖拉机是广大农民广泛使用的机械，但随着农村现代化建设、小型施工及装卸机械化的发展，需要通过小四轮拖拉机的改进，进一步拓展小四轮拖拉机的功能，是一种显著的节本增效的工程技术，具有很强的实用性。农业的大发展，农业基础设施的改善与农业生产效率的提高是农业发展的必要条件，农业机械在这个发展过程中将具有决定性的作用。自20 世纪90 年代以来，国外农业机械进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。同时，继完成提高整机可靠性任务后，技术发展的重点在于增加产品的电子信息技术含量和智能化程度，努力完善产品的标准化、系列化和通用化，改善驾驶人员的工作条件，向节能、环保方向发展。随着微电子技术向农业机械的渗透，现代大功率农用拖拉机日益向智能化和机电一体化方向发展。目前，我国农业机械化在调整和反哺中快速、健康地发展进入了快速发展的战略机遇期。国内一些大型企业，不断学习国外的先进经验和技术，加大技术改造和升级换代力度，推进了国产农业机械产品质量的提高，但我国的制造水平与上述发达国家存在着较大的差距。因此，了解发达国家动力机械的特点与优势，寻找差距，发挥自己的长处是我国拖拉机制造业的当务之急。随着变型运输拖拉机和农用运输车的发展，原来依靠农村运输业发展起来的小四轮拖拉机逐步转向田间地头。然而，目前小四轮拖拉机田间作业能力差，又没有很多配套的农业机械，农忙季节短，致使大量小四轮拖拉机一年中作业时间短，被迫长期闲置着。这影响了农村专业户的作业效益，也造成了不应该有的资源浪费。针对这些情况，我们在原有小四轮拖拉机的基础上稍微作些改动，使它的功能延伸。譬如可在原来小四轮拖拉机的基础上，改变座位、方向盘、离合、油门、刹车的方位，把拖拉机变成倒开式，在变速箱后安装挖掘装置、铲运装置或装载装置而成。本次毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神之最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创造的分析、解决技术问题。通过毕业设计，使学生掌握改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算。1.拖拉机变速箱的发展现状随着农村水利建设及小型施工、装卸场所机械化的发展，挖掘机、铲运机、装载机等工程机械被普遍采用。由于工程机械价格较高。农民纷纷购买由小四轮拖拉机改装而成的挖掘机、铲运机。这些机型结构简单， 价格较低， 可在原来小四轮拖拉机的基础上.改变座位、方向盘、离合、油门、刹车的方位，把拖拉机变成倒开式，在变速箱后安装挖掘装置、铲运装置或装载装置而成。1.1 拖拉机发展状况1.1.1 结构型式的发展1）前轮小、后轮大、前轮转向轮式拖拉机这种标准型轮式拖拉机在欧美获得最广泛使用。在美国主要采用后轮驱动，大型拖拉机采用双排驱动轮胎，但四轮驱动也逐渐增多， 主要带后悬挂具作业。多数四轮驱动机型上可选装前悬挂装置和前动力输出轴， 可以前后都悬挂机具进行复式作业。2）平台式四轮驱动拖拉机和自走底盘为了在拖拉机上能安装播种、施肥、施药的机具，有的四轮驱动拖拉机的驾驶室偏前布置，后部有一平台可以安装机具； 有的为四轮驱动自走底盘， 发动机卧置在驾驶室下面，可以在驾驶室前部和后部的梁架上安装机具。3）前后轮相同，折腰转向四轮驱动拖拉机在美国这种结构型式用于特大型一般用途拖拉机上，采用前后双排轮胎。在西欧，这种结构型式适用于中小型果园拖拉机。4）橡胶履带拖拉机欧美金属履带拖拉机农业用量很少，1987年后相继出现了橡胶履带拖拉机和折腰转向履带拖拉机采用4 个三角形橡胶履带装置代替驱动轮胎，这种机型的最高运输速度为30千米每小时。俄罗斯也在研究采用三角形橡胶履带驱动型式的大功率拖拉机。1.1.2 各系统的技术发展1）发动机 大中功率拖拉机发动机普遍采用直喷燃烧室，标定转速一般为22002500转每分钟哪个采用不同缸径、缸数和自然吸气、增压或增压中冷达到的标定功率范围。2）传动系 （1）变速箱。在大中型拖拉机变速箱中，比较经济的结构方案是采用主变速（3 挡4 挡） 加倒挡器，啮合套换挡，可选装两挡动力换挡和爬行挡。较完善的方案采用主变速4 挡动力换挡和副变速4挡8挡同步器换挡，具有啮合套或液压离合器换挡的倒挡器和可选装爬行挡。更完善的采用全动力换挡16+4挡或18+8挡。动力换挡装置有行星式和定轴齿轮式，可利用液压离合器换接。（2）驱动桥。大中型拖拉机前后驱动桥普遍采用湿式盘式制动器和行星最终传动。前驱动桥采用摩擦式自锁差速器或液压差速锁，后驱动桥大多采用液压差速锁，以提高牵引附着性能，前轮驱动离合也采用液压操纵。（3）动力输出轴。美国生产的拖拉机，其后动力输出轴是按不同功率采用540，540/1000转每分钟或单独1000转每分钟标准转速和相应型轴头。西欧生产的拖拉机广泛采用变速后动力输出轴，前动力输出轴为1.2.3型轴头。大中型拖拉机动力输出普遍为全独立式，与变速箱动力换挡装置相对应，也采用液压离合器换挡。3）行走转向系 在大中型拖拉机上采用宽断面的子午线轮胎约占2/3。四轮驱动拖拉机一般前轮最大转角达50度。前驱动液压转向普遍采用穿心油缸， 即转向油缸和横拉杆合成一体。4）液压悬挂系统 （1）在大中型拖拉机上，载荷传感的闭心液压系统已被普遍应用，变量泵供油压力和流量可按工况需要自动适应。许多新研制生产的系列拖拉机已广泛采用电子液压悬挂系统。（2）前后三点悬挂，普遍采用快速挂接装置。5）驾驶室 密封、隔声驾驶室装有空调设备。转向盘的倾角和高低以及减振座椅的位置可按驾驶员身材调整，所有传动、液压悬挂的操纵全部集中在右侧操纵台上（有的可随座椅一起转动），均用按钮或旋钮操纵。在仪表板上除了有多种常规的温度、压力、电流、燃油量等和各种操纵状态（前轮驱动、制动、动力输出轴、灯光等）的显示或警示信号外，还可通过机载计算机数显重要性能参数。1.2 变速箱的发展状况虽然目前国际市场上5速、6速甚至7速自动变速箱价格昂贵且结构复杂，但是改善燃油经济性和降低排放污染的优点正在驱使汽车厂商日益对其加以重视。现在摆在厂商面前的难题就是如何降低成本。相比之下无级变速箱(CVT)也存在同样困难。尽管CVT在市场上已经非常普遍，但是其可靠性仍然存在一定问题。很长一段时间内大多数自动变速箱均采用三挡或四挡，美国市场上仅有极少数用于高档轿车的五挡和六挡自动变速箱。现在由于传输发动机和变速箱间信号的电控技术不断进步，已经为五挡或更多挡位的自动变速箱准确调整换挡时间提供了可能。从而在降低有害排放的同时改进了加速性、平顺性和燃油经济性。据有关咨询机构预测，汽车厂商可能今后会跳过五速变速箱而直接应用六速自动变速箱，并在短时间内使其成为行业标准。数据显示，德国主要变速箱制造商ZF的六速变速箱产量正在日益增加，2003年共计生产25万台，而今年公司预计销售90万台。技术文件表明，拥有先进技术的通用、福特六速变速箱将使两个公司同时拥有超越其他竞争对手的产品。通用动力系统部副总裁却认为，其实消费者根本不会考虑其购买的变速箱到底有多少挡位，他们真正关注的是车辆是否可以保持始终如一的燃油经济性，是否能够保证每次发动机都能够正常启动，是否每次驾驶时感受到平稳而安静，是否每次超车或并道时感受到安全。而汽车厂商的任务就是满足他们的愿望，同时还要保证把成本和价格降到最低。2.奔牛150拖拉机变速箱的结构组成关系2.1 变速箱的结构奔牛150拖拉机主要有6个前进档和1个倒档，小四轮拖拉机变速箱的传动结构如图2.1所示：1一轴齿轮2.副变速高速齿轮3.副变速低速齿轮4.副变速双联滑移齿轮5. 二，五档齿轮6.四、六档齿轮7. 一、三档齿轮8.二、五档滑移齿轮9.一、三、四、六档双联滑移齿轮图2.1 小四轮拖拉机变速箱传动示意图其变速箱内的各轴之间的关系如图2.21.一轴 2. 二轴 3.二轴 4.五轴 5.四轴图2.2 小四轮拖拉机变速箱结构示意图2.2 各档位的传动路线第40页 共40页一档：12 3 7 1011 1213二档：12 3 58 1011 1213三档：12 3 7 1011 1213四档：12 3 6 1011 1213五档：12 3 58 1011 1213六档：12 2 6 1011 1213倒档：12 38 1011 12132.3 其各档位的传动比及其速度2.3.1 各档位的传动比 2.3.2 各档位的速度拖拉机的车轮标准为7.5-16，则其直径为750mm，则各档位的速度为： =4.5Km/h =4.89 Km/h =13.6 Km/h =11.8 Km/h =15.29 Km/h =35.4 Km/h =5.04 Km/h3.变速箱的变形设计及其应用针对我国农村小四轮拖拉机大量闲置的实际情况和农用小型机械装备的配套要求，我们对拖拉机的变速箱进行改进设计。这种变形设计把拖拉机由牵引型变为农用小型机械配套型，拓展了拖拉机的用途。随着变型运输拖拉机和农用运输车的发展，原来依靠农村运输业发展起来的小四轮拖拉机逐步转向田间地头。然而，目前小四轮拖拉机田间作业能力差，又没有很多配套的农业机械，农忙季节短，致使大量小四轮拖拉机一年中作业时间短，被迫长期闲置着。这影响了农村专业户的作业效益，也造成了不应该有的资源浪费。针对这些情况，我们在原有小四轮拖拉机的基础上稍微作些改动，使它的功能延伸。譬如可在原来小四轮拖拉机的基础上，改变座位、方向盘、离合、油门、刹车的方位，把拖拉机变成倒开式，在变速箱后安装挖掘装置、铲运装置或装载装置而成。3.1 小四轮拖拉机主要部件的变型设计把普通牵引型拖拉机改制成易于安装其它农用机械装备的变型拖拉机，需要把原拖拉机牵引板拆去，并在此位置处加装后置发动机架，将发动机后移至该架上，发动机排气管及油门控制线稍加改装后，就可在原发动机位置处安装所需农用小型机械设备。3.1.1 后置发动机架的设计与安装后置发动机架由主梁、连接板和支撑等部件组成。两根主梁平行放置，焊接在连接板上，用于安装发动机，主梁下边加支撑与连接板焊合在一起。与拖拉机配合安装时，先把拖拉机牵引板拆下，连接板安装在原拖拉机牵引板位置处与拖拉机变速箱连接，用原6只螺栓把该架紧固，然后再把柴油发动机从前部移至机架上固定牢固，机架改制和安装即完成。3.1.2 发动机排气管及油门控制线的改装 原发动机排气管为L形设计，发动机后置以后，拖拉机离合器V带轮位置不变，V形带由发动机向前传动，这时，发动机排气管与V形带相互干涉，排气管就需要改装了。我们把排气管设计成向上倾斜型，以避开V形带，再将柴油机油门控制线改向后方。这样，一台变型拖拉机改制完成。3.2 变型拖拉机与农用小型机械的配套方法 变型拖拉机可以与碾米机、饲草粉碎机、喷药机、喷灌机、装载机、液压升降台等多种农用小型机械装备方便连接。应用于农副产品加工、植保、抗旱、农田水利、果园管理及短途搬运等行业。3.2.1 与小型农副产品加工机械的配套与小型农副产品加工机械的配套方法是把需要的机械安装在拖拉机原柴油机位置上，由拖拉机左置动力输出轴输出动力，带动加工机械运转，必要时，可加装V形带张紧轮离合，以分离动力传动。由于各种加工机械设备的安装尺寸不尽相同，需要设计专用机架。应用中，我们把常用加工机械的安装尺寸孔预先在机架上钻出，把专用机架改造成通用机架，预先安装在拖拉机原柴油机位置上，便于各种加工机械的互换。该机架也可同时合理布局安装多台加工机械，变成农副产品的“流动加工厂”。当通用机架上安装的加工机械重量较轻时，必须增加配重，以防止变型拖拉机后倾及转向失控。3.2.2 与植保、抗旱机械的配套与植保、抗旱类机械配套的主要是喷药机、喷雾机、喷灌机、水泵等。可利用前述通用机架方便安装。在进行喷药、喷雾时，有时需要操作人员与机同行，这时要注意合理布置药箱和操作人员的位置，注意操作人员安全。3.2.3 安装农田水利作业机械 安装农田水利作业机械主要指安装装载机、挖掘机等。首先应根据拖拉机动力及机架的规格参数设计出合适的液压机械，固定在拖拉机前端机架上。然后把液压泵安装在侧动力输出轴上，在便于操作的位置固定好多路换向阀，连接高压油管即可。安装挖掘机时要加固机架，并安装液压支撑支承地面。它可用于农田挖沟取土、矿场、基建、道路修筑等作业。3.2.4 安装液压升降台升降台可用于果园管理、摘果等作业。其安装方法与装载机基本一致，区别只在于把装载机变为升降台，采用液压升降，平台上设置防护栏。3.2.5 安装简易车厢 安装简易车厢可用于田间地头与家庭之间的短距离轻量运输，减轻农民的劳动量。只需按拖拉机机架尺寸用角钢等材料焊一个长方形箱体固定于机架上就行了，制作相当简便。 由普通牵引型拖拉机改制成易于安装农用机械装备的变型拖拉机，不需改动拖拉机底盘，结构简单，成本低，适应性强，拓展了小四轮拖拉机的功能，是一种显著的节本增效的工程技术，具有很强的实用性。适用于农村专业户流动性作业，在农忙季节，还可以随时根据需要转换成原来的配置，不耽误耕作、播种、收获，真正实现一机多用，成为农民致富的得力助手。4.倒开式改进方案的确定小四轮拖拉机是广大农民广泛使用的机械，但随着农村现代化建设、小型施工及装卸机械化的发展，需要通过小四轮拖拉机的改进，进一步拓展小四轮拖拉机的功能，是一种显著的节本增效的工程技术，具有很强的实用性。现通过对奔牛150拖拉机的变速箱改进设计，实现小四轮拖拉机变成倒开式，适应多种用途。4.1 改进的具体方案具体实现将奔牛150拖拉机变速箱中6个前进档，1个倒挡改成3个前进档和2个倒挡的设计。实现变速箱的结构设计。4.2 改进设计及使用注意事项(1) 二轴按照836326 花键轴设计，两端安装轴承处的尺寸不变。(2) 图3 中档齿轮(6a)和档齿轮(7a)的安装位置与图1 中IV，档齿轮(6)和，档齿轮(7)分别对齐，中间用隔套分开，以保证原变速箱操纵机构不变。(3) 倒I、倒档靠副变速杆控制，这时I、倒I、倒档滑移齿轮(8)必须与倒、倒档齿轮(5)啮合，即主变速杆放在原，V 档位置处。(4) 档和倒档共用一个齿轮，即、倒档齿轮(3)。在使用档时，一定要先把副变速杆放在、倒档的位置上，然后再把主变速杆放在档的位置上。4.3 改进设计后的效果经过改进后的倒开式小四轮拖拉机增加了2 个前进档，改变了原来只有1 个前进速度的状况，其3个前进速度分别为5.04km/h 、8.96km/h 和15.28km/h，能够满足小型挖掘机、铲运机、装载机等工程机械的使用要求。同时，该改进设计具有结构改动小、改造费用低、安装使用方便等特点，可以把现有闲置的小四轮拖拉机改装成小型挖掘机、铲运机、装载机等工程机械，最大限度地发挥小四轮拖拉机的使用效能，满足广大农村水利建设及小型施工、装卸场所机械化的需要。5.机械部分设计计算 本章主要介绍的是机械部分的改进设计计算，设计计算的方法是从技术基础课程本身的性质出发通过一种基本的方法去掌握设计计算的基本理论和技能。本章中主要是根据变速箱的原始尺寸和改进以后的要求对变速箱内的轴以及齿轮进行改进设计计算，轴主要是设计其直径以及它的结构尺寸，齿轮是对其分度圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径以及齿轮宽度的设计计算。并对轴和齿轮进行校核计算。5.1 发动机的基本参数型号：ZH1100 额定功率：11KW（15马力）额定转速：2200r/min 发动机的输出转矩由4根B-2240型V带传送到变速箱，发动机V带轮和离合器V带轮的基准直径分别为130mm和228mm，则带传动的传动比为。5.2 变速箱的参数确定 变速箱的参数主要包括齿轮的齿数，传动路线，各档位的传动比，各档位的速度以及各轴在不同档位时的转速。确定这些参数用来进行改进设计。则各轴的转速为:=32.2r/min =33.9r/min =96.5 r/min =83.6 r/min =104.5 r/min =250.8 r/min =34.8 r/min5.3 具体改进的办法从图2.1和图2.2中可以看出，在不改变变速箱结构的情况下，把IV , VI档齿轮(6)和I . Il档齿轮(7)从三轴上卸下，再安装在二轴上，就能够达到增加前进档的目的。由于二、三轴结构不同，同时三、四轴之间和二、四轴之间的中心距也不相同，所以必须重新配对设计这两对齿轮和二轴，才能够使齿轮顺利安装进去。改进后的倒开式小四轮拖拉机变速箱传动结构如图5.3所示。改进后的变速箱有3个前进档和2个倒档。原来前进档改变为倒I、倒I档的齿轮未变，速度就是原来的前进I档和V档，速度分别为4. 89km/h和15.29km/h;原来的一个倒档改变为现在的前进档，其速度为5.04km/h;最后剩下2个前进档速度未定，可以根据改进后倒开式拖拉机的用途来设计这两个前进档。这时，2个前进档的速度分别为8. 96km/h和15.28km/h。1.一轴齿轮 2.倒二档齿轮 3.一，倒一档齿轮 4.倒一，倒二档双联滑移齿轮5.倒一，倒二档齿轮 6a.二档齿轮 7a.三档齿轮 8.一，倒一、倒二档滑移齿轮9a.二、三档双联滑移齿轮 10、11、12、13等变速齿轮图5.3 倒开式小四轮拖拉机变速箱传动示意图5.4 改进后的参数设计一轴的转速为: =N/=2200/1.754=1254r/min5.4.1 改进后各档位的速度 根据一轴的速度和轮胎的直径可求得各档位的速度如下：一档：=5.04Km/h 二档：=8.96Km/h 三档:=15.28 Km/h 倒一：= 4.89Km/h 倒二:=15.29 Km/h 5.4.2 各档位的输出转速 一档时：=35.6r/min 二档时：=63.4r/min 三档时：=108.1r/min 倒一档时：=34.6 r/min 倒二档时：=108.2 r/min 5.4.3 各档位的传动路线和总传动比 1）传动路线一档：12 38 1011 1213二档：12 6a 1011 1213三档：12 7a 1011 1213倒一：12 3 58 1011 1213 倒二：12 2 58 1011 1213 2）传动比的计算： 一档时：=/=35 二档时：=19.7 三档时：=11.6 倒一档时：=36.2 倒二档时：=11.65.4.4 分配各档传动比，设计6，7两个齿轮1）齿轮的齿数 =36 =22 =17 =31 =30 =28 =34 =29 =15 =21 =16 =54 =16 =762）分配后各档的传动比为 ： 3）齿轮的分度圆直径计算，见下表5.1：编号齿数模数分度圆直径mm1213632361083226617513193530906a28847a34102829871545216310164811541621216481376228表5.1 齿轮的分度圆直径4）根据齿轮的齿数，查表得齿轮的其他参数查表得，齿顶高系数， 压力角，d为分度圆直径，为齿顶高，为齿根高，h为齿全高，为齿顶圆则有：齿顶圆直径 ： 齿根圆直径：基圆直径： 各齿轮的具体参数如下表5.2编号齿数模数齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径12136955.559.5236114100.5101.53227258.562175743.547.93199115.587.45309682.584.66a289076.578.97a345743.547.98299379.581.8155137.542.3216952.559.210165440.545.11154168154.5152.212165440.545.11376236220.5214.2表5.2 齿轮的具体参数齿距基圆齿距齿厚 齿槽宽 顶隙 由上可知，所有齿轮的如下参数相同： 5）确定中心距一轴和二轴：mm二轴和三轴：mm三轴和四轴: mm二轴和四轴: mm四轴和五轴：mm6）确定齿宽由拖拉机设计手册中查得，拖拉机变速箱内的齿轮宽度设计公式为B=46m,并根据机械设计理论得齿轮的宽度，齿轮的宽度见下表5.3编号齿宽（mm）12021232020125126a157a1581520201020111512201315表5.3 齿轮的宽度7）改进后两对齿轮的参数计算6a：齿形角=20,6a和啮合角=21.5，原中心距为=74.1mm，现中心距为a=73.5mm节圆直径： 中心距变动系数：齿顶高变动系数：齿根圆直径： 齿顶圆直径：齿顶高： 齿根高：改进后两对齿轮的参数如下表5.4：名称符号6a7a变位系数x0.050.050.150.15节圆直径84.810363.345.5啮合角21.521.521.521.5齿根高3.63.63.33.3齿顶高3.153.153.453.45齿顶圆直径90.3108.369.951.9齿根圆直径76.894.856.438.4中心距a74.174.1中心距变动系数y0.20.20.20.2齿顶高变动系数0000分度圆直径d841026345表5.4 改进后两对齿轮的参数5.4.5各齿轮的结构设计1）6齿轮的结构如图5.1图5.1 6齿轮的结构2）7齿轮的结构如图5.2图5.2 7齿轮的结构3）9齿轮的结构如图5.3图5.3 9齿轮的结构5.4.6 轴的参数设计1）各轴的转速一轴：二轴：三轴：当2和啮合时： 当3和啮合时：四轴：当3和8啮合时： 当5和8啮合时： 当6a和啮合时， 当7a和啮合时，同理，4轴和5轴只有齿轮10和齿轮11啮合，5轴的转速为则5轴的转速有：164.5，815.1，271.9，289.1，246.42）各轴的功率计算：查表得，皮带传动的效率，齿轮传动的效率为一轴：二轴：三轴：四轴： 五轴： 3）各轴的最小直径的确定轴的直径：有机械设计表15-3查得；=100为保证各轴在运行中的强度要求，在不同的档位上，转速n取较小值，功率p取较大值，则各轴的p, n, 值如下表5.5：序号转速n(r/min)功率P(kw)最小直径(mm)实际取值(mm)1125410.5620252731.810.2424303518.89.9426.7304555.29.9426.1305164.59.6438.840表5.5 轴的p, n, 值5.4.7 轴的结构设计根据变速箱的结构以及齿轮之间的位置关系，设计二轴的结构如图5.4：图5.4 二轴的结构 5.4.8 轴承的选定根据轴的最小直径，选定轴承为深沟球轴承，GB/T276-94，轴承的参数如表3.6：轴号轴承代号孔径d(mm)大径D(mm)宽度B(mm)个数160052547122260063055132360063055132460063055132560084068152表3.6 轴承的参数5.5 校核计算5.5.1齿轮校核计算按照齿面接触疲劳强度设计大小齿轮 按，查文献1得， =1.076 因为设计为直齿，故=0，=1.076 查文献1得， ， ， 试选 设计为不对称结构，取齿宽系数，节点区域系数：标准直齿轮，查文献1得， 按无限寿命计算：，取，u=，许用接触应力 取小值代入，查文献1得： ，所以计算=64.054 mm确定齿轮模数 m=3.0mmD齿根弯曲疲劳强度计算大小齿轮： 由公式知，查得机械设计图10-20 C得,小齿轮的弯曲疲劳极限 , 大齿轮的弯曲疲劳极限 ; 查图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 故可以计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4由式 得，计算载荷系数K：查取齿形系数：查表10-5查得 应力校正系数：查表10-5得 计算大小齿轮的并加以比较 ， 010153小于0.01678，大齿轮的数值大。故取大齿轮的数值代入得： mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数小由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得的2.133并就近圆整为标准值m=3.0mm，算出小齿轮齿数 ，。这样设计的齿轮传动既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑避免浪费。5.5.2轴的校核计算轴的计算通常是初步完成结构设计后进行校核计算，计算的法则是满足轴的强度和刚度要求，必要时还要校核轴的振动稳定性。轴的强度校核计算 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对仅仅需要承受扭矩的轴，应按扭转强度条件进行计算，对于只承受弯矩的轴，应按弯曲强度进行计算，对于既承受弯矩又承受扭矩的轴，应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还要按疲劳强度进行精确的校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静刚度，以免产生过量的塑性变形。 按扭矩强度校核这种方法是只按照轴所受的扭矩来计算轴的强度，如果还受又不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑，轴的扭转强度条件为式中: -扭转切应力，单位为Mpa T-轴所受的扭矩，单位为 -轴的抗扭截面系数，单位为 n-轴的转速，单位为r/min p-轴传递的功率，单位为kW d-计算截面处的轴的直径，单位为mm -许用扭转切应力，单位为Mpa由前面计算可得： d=25mm由机械设计查表15-3得；轴的许用转切应力为3355Mpa则有则轴满足扭转强度条件。 6.倒开式变速箱的结构设计变速箱是拖拉机传动系中的重要部件，履带拖拉机变速箱安装在万向传动装置与后桥之间。6.1变速箱的功用与工作原理6.1.1 功用（1)减速增转矩即以减小转速的方式来增大发动机的传递转矩(2)变速变转矩在发动机转矩、转速不变的情况下，通过变速箱的换档，使传动系的传动比发生改变，从而改变拖拉机的驱动力和行驶速度。(3)实现空档在发动机不熄火的情况下可以长时间停车，同时也为发动机顺利起动创造条件(4)实现倒档使拖拉机能够倒退行驶6.1.2 工作原理拖拉机变速箱采用齿轮传动，齿轮传动减速增转矩作用，相互啮合的两个齿轮靠轮齿传递转矩，即主动齿轮的一个齿推动从动齿轮的一个齿.从而把动力逐级传递下去。东方红-150型拖拉机变速箱该型号拖拉机的变速箱和东方红一75型拖拉机变速箱的整体结构基本相同，用于变速和传递动力的轴有五根，也分别称为第一轴、第二轴、第四轴、第五轴和倒档轴。其中第一轴l有一个齿轮、第二轴上有四个齿轮、倒档轴上有三个齿轮、第四轴上有四个齿轮、第五轴上有1个齿轮，通过这些齿轮的相互啮合，从而可以获得3个前进档和2个倒档。6.2 操纵机构的组成操纵机构主要由换档机构、锁定机构和互锁机构组成换档机构换档机构的主要功用是拨动滑移齿轮，使其处于挂档或空档位置以实现拖拉机的速度变换、倒档或空档停车。它主要由变速杆和拨叉等部分组成。奔牛-150型拖拉机主要是靠拨叉拨动滑移齿轮4、8、9来实现它的3个前进档和2个倒档。6.3 改进后奔牛-150拖拉机的特点 改进后的拖拉机主要用于一些小型的工程机械，它主要有以下几个特点： (1)为适应农田作业质量和速度的要求增大了各档的传动比和牵引力，而速度略有降低。 (2) 增加了一个倒档，从而能实现小型工程机械的要求。能用于除农业耕种之外的更多场合。其总装配结构如图6.1所示。6.4 变速箱使用时应注意的事项 (1)离合器分离后若挂档困难，这是因为变速箱内滑移齿轮的轮齿正好对着另一齿轮的轮街，此时应把离合器踏板稍松一下，待齿轮转过一定的角度后再把踏板踏到底，使离台器分离后重新挂档切不可强行挂档，以免打坏齿轮 (2)当拖拉机越过障碍或在颠簸不平的路面上行驶时，一定要减速行驶，以免零件受冲击负荷影响而损坏 (3)拖拉机行驶中应注意变速箱的温度、漏油、乱档、脱档和响声等异常现象，如有异常应立即停车检查，找出原因后妥善处理，以免造成重大事故 图6.1 奔牛150拖拉机改进后的总装配7.总 结经过改进后的倒开式小四轮拖拉机增加了2 个前进档，改变了原来只有1 个前进速度的状况，其3个前进速度分别为5.04km/h 、8.96km/h 和15.28km/h，能够满足小型挖掘机、铲运机、装载机等工程机械的使用要求。同时，该改进设计具有结构改动小、改造费用低、安装使用方便等特点，可以把现有闲置的小四轮拖拉机改装成小型挖掘机、铲运机、装载机等工程机械，最大限度地发挥小四轮拖拉机的使用效能，满足广大农村水利建设及小型施工、装卸场所机械化的需要。有效地拓宽了农用小四轮的应用领域，能解决了农用小四轮闲置的现象。致谢毕业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，变速箱已经成为当今机械应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握机械改造及开发技术是十分重要的。 回顾起此次变速箱改造毕业设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在这些日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说机械设计技术，机械的设计以及定位通过这次毕业设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次毕业设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多技术问题，最后在张东生老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在张老师的身上我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献1 孙 桓,陈作模. 机械原理第六版M.北京：高等教育出版社，2001.页码1-300 .2 濮良贵,纪名刚. 机械设计第七期M.北京：高等教育出版社，2006.页码1-200.3 吴宗国,罗圣国. 机械设计课程设计手册第二版M. 北京：高等教育出版社，1998.页码1-180.4 濮良贵,纪名刚. 机械设计第七版M.北京：北京高等教育出版社，2000.页码7-250.5 陈权，刘树春，杨莉等. 机械制图第三版M.北京：中国建材工业出版社.2001.页码93-100.6 牛鸣歧,王保民,王振甫. 机械原理课程设计手册第一版M,重庆: 重庆大学出版社,2001.页码4-50.7 钱炳举.倒开式小四轮拖拉机变速箱的改进设计J.农机化研究,2005(2):页码37-41.8 基于虚拟样机技术的圆柱齿轮减速器的设计研究山东科技大学硕士论文20069多级圆柱齿轮减速器参数化设计大连铁道学院硕士论10机械运动方案及机构设计 姜琪 主编 高等教育出版社 199111 李晓庆,张仲民,蒋增福等.拖拉机构造M.北京:机械工业出版社,2001.页码1-214.12 郎桂实.用线图法确定拖拉机组成式变速箱挡位排列J.拖拉机1992(2):页码28-29.13 李金和.EM7手扶拖拉机变速箱第6轴的设计方案及应用J.山东农机1999(6):页码4-5.14 周纪良,周天悦.关于有级变速拖拉机工作速度的合理挡数J.拖拉机2002(4):页码8-10.15 张晓梅,钱炳举.小四轮拖拉机的变形设计及其应用J.农业装备技术2003(6):页码29-30.16 C.H.Suh,C.W.Radciffe.Kinematics and Mechanisms Design,new work:John Wiley & Sons,Inc.197817 Study on dynamic model of tractor system for automated navigation applications FENG Lei & HE Yong School of Bio-system Engineering and FoodScience, Zhejiang University, Hangzhou , China.2004外文翻译：关于拖拉机系统动态模型的研究为自动化的航海应用冯磊 何勇 (中国杭州，浙江大学，生物系统工程与食品科学学院)电子邮件: hzfenglei摘要: 此文研究的是瞄准使用拖拉机系统一个动态模型支持导航系统设计，为一台自动地被引导的农业拖拉机。这样, 包括拖拉机系统的自行车模型, 被施加了在MATLAB 环境里和被开发了根据了约翰Deere 拖拉机。模仿结果从这个MATLAB 模型被确认了通过领域航海测试。弹道估计的准确性由拖拉机的垄断的僵硬的决心强烈影响。在这模仿, 拖拉机侧偏刚度分析被辨认了在模仿分析期间使用MATLAB 塑造根据记录的弹道数据。被获得的数据被使用了在模仿分析用于各种航海操作在兴趣领域。分析在领域检验测试结果表明, 被开发的拖拉机系统能准确地估计拖拉机系统的轮子以各种各样的速度经营在农业领域。结果并且表明, 被开发的系统能准确地确定拖拉机在弯曲领域拖拉机速度和支点偏转角度。关键词: 拖拉机, 侧偏刚度，自动化航海, 模仿,全球定位系统介绍农业拖拉机自动教程有被学习结束过去几年。自动化的农业拖拉机的好处包括增加生产力, 增加应用准确性, 和改进的操作安全. 各种各样的教导技术, 包括机械教导, 机器视觉教导, 收音机航海, 和超音波教导。在拖拉机动力学的多数以前的工作考虑了拖拉机单独在企图调查它的乘驾特征。但是, 有少数农业贯彻不被使用的思想。在最近几年, 农业拖拉机研究进行的研究包括机架作用在拖拉机乘驾振动, 但结果是令人不满，在研究拖拉机系统的行动中，Bukta 和al.(2002) 调查了关于的自由三点栓联结系统的作为源泉，农业拖拉机的非线形性系统的研究。伊利诺伊研究员大学成功地有被开发的和被展示，可能进行自治种植的拖拉机并且在农业领域耕种。实时运动学( RTK )， 全球定位系统和光纤陀螺仪被用来提供拖拉机位置,航速和航向. 除了在操纵,发动机油门,传送速度, 与3点拴联结立场自动控制经区域网络总线外地.，双方预期拖拉机道路,并取得理想的拖拉机功能(如行走速度, 故障的位置)被展现,然后装入导航计算机前场开始行动. 韩先生和张先生( 2001 )介绍了绘图的方法,用于实施自治区外勤业务的农用拖拉机. 机械跨领域连续耕作活动,尤其是在曲线的整齐,准确的横向控制的拖拉机-实施单位要求由于连续的空间只有76厘米. 横向控制拖拉机实施往往需要估计轮胎侧滑角及横向速度, 这是难以直接测量的。 研究数据表明进行估计偏刚度为导向的车辆必须在在道路上进行研究. sienel ( 1997 )表明如何偏刚度可通过测量车辆动态参数,如侧向加速度和偏航率.凯特哈曼和撒凯( 2000 )给出了标准化偏刚度的测量方法,主导汽车的督导反应. bevly et al . ( 2001 )综合采用惯性导航系统( INS )传感器与全球定位系统速度测量估算轮胎偏刚度. 本研究的主要目的是：利用拖拉机系统动态模型为导航系统的设计一个自动引导台农用拖拉机。 这一动态模式包含了自行车型号的拖拉机. 本文说明如何估计偏刚度系统以及如何利用估计结果在拖拉机导航中的应用。 材料和方法 定义 U是流速拖拉机;V,横向速度拖拉机; ,偏航率; m ,大规模拖拉机; M , 滚动时刻; Iz ,转动惯量; a,前轴至拖拉机的距离 ; b ,后轴至拖拉机的距离 ; L,距前轮到后轮; d,车轮基点; , C战线偏刚度; , rc后方偏刚度; f ,前面偏角; r , 后排偏角; fr , x ,纵向队后轮; y ,侧向力前轮;,y侧向力后轮; x ,纵向队前轮; ,转向角. 发达拖拉机系统模型是一种通用模型的轮式拖拉机. 它拥有独立的制造者,类型和规模。为了简化建模过程,一种轮式拖拉机模型被使用。 线性两自由度自行车模型,占左和右轮胎将足以使简单的操纵在拖拉机在平地时的方程。示范实施 这个动态模型拖拉机导航系统已推行了 。图2是模式的系统方框图表明这一模型包含六大要素: 参数输入座侧向力计算块、一个偏航和横向加速度模型座、摆动和横向速度模式座、标题角度块和重心的拖拉机弹道模型块。 参数输入座投入两种类型的参数:器具参数及设备参数。有效实施的因素,包括拖拉机转向角和拖拉机转速。这套参数模型的控制变量估计拖拉机系统的反应后预期的轨迹。 另一套所需参数为机械参数,其中包括大量的拖拉机偏刚度，拖拉机前/后排车轮转动惯量，拖拉机车轴到重心的距离和拖拉机车轮的大小。 第二座是侧向力计算座. 它计算的侧向力两个轮子的机器系统参数,侧向速度,以及偏航率，偏航和横向加速度块是用来计算的横向加速度、偏航加速度的，拖拉机基于机械系统参数及横向力。经过横向和偏航速度计算积分, 下一两座推算拖拉机航向; 中央和车轮的轨迹的,分别计算拖拉机的几何尺寸,过去两年是在Matlab实现模型的。 硬件 这个MATLAB模型是拖拉机系统的实地试验结果。图3是信号流程图的测试系统。 测试平台是基于7700型拖拉机. 提供的测试数据, 动态定位技术与全球定位系统天线安装于顶部的拖拉机帽(重心拖拉机) 。这种动态定位系统与当地参考站可以提供准确的静态和动态定位和速度信息。与此同时(横向精度2厘米的垂直精度3厘米在20 Hz与潜伏期 少于20毫秒) ，一个lp801 亚米(亚米工程学,美国) 它可以用来衡量线性位置或位移达1.2米( 48 ) ,输出0-5 v安装于右侧前轮. 108fd光纤陀螺仪(日本航空电子,日本东京)一个角速度传感器,即产出相对角度0.01度误差为0.5度/小时漂移安装于两边的前轮.这两个传感器都用得到准确的转向角. 从督导校正角度分析,这发现错误有效值转向夹角,校准数据和实际数据,对数误差为0.0165 ,平均误差为0.5922度. 均方根误差在左边为0.0155度 , 偏转平均误差为0.4560度。相应的最大误差是：左边为1.3402度，右边为1.5378度.两个最大的错误被发现时,执行该大转(约30度) . 汽车控制笔是作为一个数据采集板,由167单板机,发送数据到PC机通过RS232串行接口. 电脑配备了1 GHz的英特尔奔腾III CPU和256 MB记忆体. 为了提供有代表性的弹道模式,以验证模型 一连串u轮流(或左或右转)与不同的转弯半径,在不同的速度,进行了研究。为控制变量的模型估计拖拉机系统的反应, 在拖拉机转向角检测光纤陀螺电位传感器拖拉机速度测试特林布尔750毫秒动态定位。在拖拉机的重心，动态定位接收机还被用来把拖拉机的精确定位系统作为参考弹道计算出来的。 拖拉机导航系统的模型验证研究表明,这MATLAB模型可以预测车轮的轨迹,以合理的准确性. 自从一套初步测得的数据,从测试场供定转弯期间刚度,其准确性车轮轨迹预测可以改善。结果与讨论 图4显示了理论和实际轨迹拖拉